DE19503134A1 - Verfahren zur Herstellung von wasserdichten betonähnlichen Baumaterialien unter Verwendung von höheren Steinkohlenfilteraschen-Anteilen und von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von wasserdichten betonähnlichen Baumaterialien unter Verwendung von höheren Steinkohlenfilteraschen-Anteilen und von hydraulisch aktiven BraunkohlenfilteraschenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dichten und von hoch
festen betonähnlichen Baumaterialien mittels der Verwendung von hydraulisch
aktiven Braunkohlenfilteraschen und von Steinkohlenfilteraschen. Hierbei wirkt die
hydraulisch aktive Braunkohlenfilterasche als Selbstverfestiger und als Anreger
für puzzolanische Reaktionen der Steinkohlenfilterasche.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, Stein- und Braunkohlenfilteraschen aus
kohlenstaubgefeuerten Kraftwerken bautechnisch zu nutzen.
Die Verarbeitung dieser Aschen anstelle von Zement aufgrund ihrer binde
mittelartigen Eigenschaften führte allerdings bisher nicht zu den angestrebten
Erfolgen.
Die verfestigenden Eigenschaften einiger Aschen, insbesondere von Steinkohlen
filteraschen, waren nur durch besondere Maßnahmen, wie durch den Zusatz von
Anregern, durch besondere mechanische Behandlung oder durch Druckerhärtung
freizusetzen, ohne jedoch einen Zementersatz zu erreichen (DD-PS 2 74 206). Es
wurde auch versucht, künstliche Zuschläge für die Bauwirtschaft unter
Verwendung von Steinkohlenfilteraschen herzustellen (DE-PS 35 39 264). Ebenso
soll durch die Herstellung großer Blöcke aus Steinkohlenfilteraschen und CaO-
haltiger Bindemittel mit anschließender Zerkleinerung und erneuter Verpressung
ein Baumaterial hergestellt werden können (DE-PS 35 24 693).
Durch ihre besondere stoffliche Zusammensetzung zeigen (kalkhaltige)
hydraulisch aktive Braunkohlenfilteraschen ein eigenes Erhärtungsverhalten,
wobei der Aktivierung der festigkeitserzeugenden Mineral- und Glasphasen und
der Zumischung weiterer Komponenten große Bedeutung zukommt. Aufgrund
dieser bisher nicht fundiert abgeklärten Verhältnisse erfolgte ihr Einsatz als
mineralisches Bindemittel bzw. als mineralische Bindemittelkomponente nur in
vergleichsweise geringem Umfang.
Durch die Herstellung einer Asche - Wasser - Suspension mit einem hohen
Anmachwassergehalt konnte erreicht werden, daß durch die völlige Teilchen
benetzung die Bindeeigenschaften der Braunkohlenfilterasche freigesetzt werden
(DD-PS 2 44 472, DD-PS 2 44 545, DD-PS 2 44 546), wobei nach der
Suspensionsherstellung weitere Bindemittel und andere Zuschlagstoffe wie z. B.
auch Faserstoffe zugesetzt werden können. Bei einer hohen Zugabewasser
menge müßte jedoch bzgl. der Herstellung, Verfestigung und Verarbeitung
überschüssiges Wasser wieder aus dem Endgemisch mittels eines besonderen
technischen und technologischen Aufwandes entfernt werden.
Die Ermittlung einer Rezeptur für die baupraktische Verwendung einer Asche
bzw. eines Aschegemisches kann auf verschiedene Weise vorgenommen
werden.
Diesbezüglich ist in DE-PS 41 03 412 angegeben:
Ausgehend von vereinzelten Aschekomponenten unterschiedlicher Körnungs
bänder gelingt über eine experimentell aufzustellende Wasseranspruchsfunktion
die optimale Festlegung des prozentualen Anteils der Komponenten, des
spezifischen Wasseranspruchs sowie der technologischen Grenzen, in denen die
Herstellung einer Dispersion für Bau- und Dichtstoffprodukte möglich ist. Die
Verdichtung der Körnungsstruktur unter Wassereinfluß wird dadurch bewirkt, daß
der Aschemischung bei aufgebrachten Scherbewegungen diejenige
Wassermenge zugegeben wird, welche zum Erreichen der oberen Fließgrenze
benötigt wird. Hierzu müssen zwei sich hinsichtlich ihrer Korngrößenverteilung
deutlich unterscheidende Aschefraktionen vorliegen.
Die Aufnahme der für die Verarbeitung benötigten Wasseranspruchsfunktion und
deren Einhaltung, erfordert allerdings einen sehr hohen technischen, techno
logischen und analysetechnischen Aufwand, so daß diese Vorgehensweise aus
baubetriebstechnischen Gründen für die allgemeine Baupraxis entfällt:
Die Abgabe von Filteraschen aus modernen Großkraftwerken erfolgt nämlich als Mischasche aller Filterstufen, so daß eine erfindungsgemäße Verarbeitung eine aufwendige, baupraktisch nicht durchführbare Separation der Mischasche in einzelne Aschefraktionen voraussetzt.
Die Abgabe von Filteraschen aus modernen Großkraftwerken erfolgt nämlich als Mischasche aller Filterstufen, so daß eine erfindungsgemäße Verarbeitung eine aufwendige, baupraktisch nicht durchführbare Separation der Mischasche in einzelne Aschefraktionen voraussetzt.
Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung dagegen
das Anliegen zugrunde, unter Verwendung von erfindungsgemäß vorgegebenen
Anteilen von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen und von Steinkohlen
filteraschen mittels einer einfachen, bau praktisch anwendbaren Technologie die
Herstellung von betonähnlichen Baumaterialien hoher Dichtigkeit und hoher
Festigkeit bei hoher Volumenkonstanz bzgl. herstellungsmäßigem Schwinden und
Quellen zu ermöglichen.
Nach einer Vielzahl, über Jahre dauernden umfangreichen derartigen Versuchs
reihen wurde folgende Rezeptur entwickelt:
In Abhängigkeit ihrer bindemitteltechnischen Aktivität werden
5,1 bis 9,9 Anteile Steinkohlenfilterasche 0,1 bis 4,9 Anteile hydraulisch aktive Braunkohlenfilterasche
unter möglichem Zumischen von weiteren Zugabestoffen wie Bindemittel und/oder inerte, reaktive oder teilweise reaktive Zusatzstoffe, z. B. fasrige Stoffe, und/oder Zuschlagstoffe und/oder Zusatzmittel eingesetzt und unter teilweiser bzw. vollständiger vorheriger und/oder gleichzeitiger und/oder nachfolgender Zumischung des für die Gesamtgemischherstellung, -verarbeitung, -anwendung und -erhärtung erforderlichen Mindestwasseranspruches verwendet.
In Abhängigkeit ihrer bindemitteltechnischen Aktivität werden
5,1 bis 9,9 Anteile Steinkohlenfilterasche 0,1 bis 4,9 Anteile hydraulisch aktive Braunkohlenfilterasche
unter möglichem Zumischen von weiteren Zugabestoffen wie Bindemittel und/oder inerte, reaktive oder teilweise reaktive Zusatzstoffe, z. B. fasrige Stoffe, und/oder Zuschlagstoffe und/oder Zusatzmittel eingesetzt und unter teilweiser bzw. vollständiger vorheriger und/oder gleichzeitiger und/oder nachfolgender Zumischung des für die Gesamtgemischherstellung, -verarbeitung, -anwendung und -erhärtung erforderlichen Mindestwasseranspruches verwendet.
Ein unerwünschtes Quellen kann hierbei durch die zugegebenen nicht reaktiven
oder schwindenden Zugabestoffe bis zur Volumenkonstanz der erhärteten
Mischung unterbunden werden.
Hierzu wurden die kinetisch-mineralogisch-chemischen Vorgänge bei der
Wechselwirkung von hydraulisch aktiver Braunkohlenfilterasche und von
Steinkohlenfilteraschen mit Wasser untersucht und deren Eigenaktivität sowie das
Aktivierungsverhalten von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen auf
Steinkohlenfilteraschen abgeklärt.
Dies führte zur Erkenntnis eines neuartigen Wirkmechanismus zwischen mehr
oder weniger freikalkhaltigen hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen (BFA)
und Steinkohlenfilteraschen (SFA). Er besteht in der spezifischen aktivierenden
Rolle einer derartigen BFA in Bezug auf die puzzolanischen Reaktionen einer
SFA:
Die Untersuchungen ergaben, daß in der Anfangsphase der Erhärtung im System BFA - Wasser eine gegenüber herkömmlichem Portlandzement höhere Konzen tration an Ca-Ionen in der Porenlösung festzustellen ist. Dies führt zu einem höheren Umsatz der siliziumhaltigen Glasphasen der SFA und damit zu einer höheren Ausbeute der sich bildenden festigkeitserzeugenden Hydratphasen. Um ausreichend Ca⁺⁺-Ionen zur puzzolanischen Reaktion der SFA zu erhalten, muß der Bereich des Mischungsverhältnisses BFNSFA eingeschränkt und die Zugabewassermenge niedrig gehalten werden. Die unterschiedliche Verteilung der einzelnen Korngrößengruppen sowohl der BFA als auch der SFA muß für die Festlegung eines Mischungsverhältnisses BFNSFA ebenfalls berücksichtigt werden. Zudem wirken sich auch die physikalischen Eigenschaften der Steinkohlenfilteraschen, wie ein hoher Anteil an kugeligen Teilchen, ihre Feinkörnigkeit und ihr geringer Wasseranspruch günstig auf die Herstellung, Verarbeitbarkeit und das Verdichtungsverhalten des Frischgemisches aus. Die Zusammensetzung derartiger BFNSFA-Gemische wurde dann innerhalb des möglichen o.a. Mischungsverhältnisbereiches derart variiert, daß bei weiterhin niedrigem Wasser - (Gesamt-)Asche - Verhältnis unter Berücksichtigung der dies bezüglichen Auflagen für die Herstellung, Verarbeitung, Anwendung und Erhärtung der letztlich entstehenden Mischung das bei der Reaktion mit Wasser verbundene Quellen der BFA durch eine entsprechende Zugabe von SFA gezielt herabgesetzt werden konnte.
Die Untersuchungen ergaben, daß in der Anfangsphase der Erhärtung im System BFA - Wasser eine gegenüber herkömmlichem Portlandzement höhere Konzen tration an Ca-Ionen in der Porenlösung festzustellen ist. Dies führt zu einem höheren Umsatz der siliziumhaltigen Glasphasen der SFA und damit zu einer höheren Ausbeute der sich bildenden festigkeitserzeugenden Hydratphasen. Um ausreichend Ca⁺⁺-Ionen zur puzzolanischen Reaktion der SFA zu erhalten, muß der Bereich des Mischungsverhältnisses BFNSFA eingeschränkt und die Zugabewassermenge niedrig gehalten werden. Die unterschiedliche Verteilung der einzelnen Korngrößengruppen sowohl der BFA als auch der SFA muß für die Festlegung eines Mischungsverhältnisses BFNSFA ebenfalls berücksichtigt werden. Zudem wirken sich auch die physikalischen Eigenschaften der Steinkohlenfilteraschen, wie ein hoher Anteil an kugeligen Teilchen, ihre Feinkörnigkeit und ihr geringer Wasseranspruch günstig auf die Herstellung, Verarbeitbarkeit und das Verdichtungsverhalten des Frischgemisches aus. Die Zusammensetzung derartiger BFNSFA-Gemische wurde dann innerhalb des möglichen o.a. Mischungsverhältnisbereiches derart variiert, daß bei weiterhin niedrigem Wasser - (Gesamt-)Asche - Verhältnis unter Berücksichtigung der dies bezüglichen Auflagen für die Herstellung, Verarbeitung, Anwendung und Erhärtung der letztlich entstehenden Mischung das bei der Reaktion mit Wasser verbundene Quellen der BFA durch eine entsprechende Zugabe von SFA gezielt herabgesetzt werden konnte.
An Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert:
Hergestellt werden soll ein Feinstkornbeton unter der Verwendung
vergleichsweise geringer Anteile von Steinkohlenfilterasche.
Zur Herstellung werden 5,1 Anteile Steinkohlenfilterasche und 4,9 Anteile
hydraulisch aktiver Braunkohlenfilterasche zusammengegeben. Dann werden mit
Bezug auf das Aschegemisch 20 Gew.-% Portlandzement PZ 35 zugefügt. Nach
intensivem Mischen erfolgt die Zugabe von 25 Gew.-% Anmachwasser, bezogen
auf das gesamte Trockengemisch. Somit erhält man einen Feinstkornbeton mit
einer 3-, 7- und 28 - Tage-Druckfestigkeit von 7,14 und 29 [N/mm²].
Hergestellt werden soll ein Feinstkornbeton unter der Verwendung
vergleichsweise hoher Anteile von Steinkohlenfilterasche.
Zur Herstellung werden 9,8 Anteile Steinkohlenfilterasche und 0,2 Anteile
hydraulisch aktive Braunkohlenfilterasche zusammengegeben. Dann werden mit
Bezug auf das Aschegemisch 20 Gew.-% Portlandzement PZ 35 zugefügt. Nach
intensivem Mischen erfolgt die Zugabe von 25 Gew.-% Anmachwasser, bezogen
auf das gesamte Trockengemisch. Somit erhält man einen Feinstkornbeton mit
einer 3-, 7- und 28 - Tage-Druckfestigkeit von 5, 8 und 18 [N/mm²].
Durch die erreichbare hohe Dichtigkeit und/oder hohe Festigkeit des ausge
härteten, preiswert und baupraktisch üblich herzustellenden Gemisches folgen:
- - allgemein hohe mechanisch technologische Kennwerte;
- - geringe Durchlässigkeitsbeiwerte gegenüber Flüssigkeiten und Gasen;
- - bei möglicher Volumenkonstanz bzgl. herstellungsmäßigem Schwinden und Quellen;
und es ergeben sich somit eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten.
So lassen sich mittels der Erfindung z. B. Frischgemische für den Tief-, Wasser-
und Kanalbau sowie für Abdichtungen im Wasser- und Deponiebau herstellen.
Zum anderen läßt sich das Gemisch z. B. auch für die Herstellung von dichten
Fertigteilelementen (wie Wasserrohre, Gasbehälter), Fertigschächten sowie von
herkömmlichen Betonwaren (wie Wandelemente, Pflastersteine, Bord- und
Rasenkantensteine) anwenden.
Das Gemisch wird im Stahl- und Spannbetonbau mit ebensolchen Vorteilen
eingesetzt.
Die Weiterverarbeitung des Gemisches kann, wie beschrieben, in betontypischer
Art und Weise erfolgen. Durch die erwähnten stofflichen Vorteile lassen sich
jedoch auch betonuntypische Verarbeitungen realisieren, wie z. B. der Verzicht auf
herstellungsmäßige Schwindungs- bzw. Dehnungsfugen bei großflächiger
Verarbeitung, monolithischer Guß komplizierter Bauelemente und ein dichter
nachträglicher Verbund vorgefertigter einzelner Bauteile. Eine hohe Festigkeit
kann zudem bauingenieurmäßig vorteilhaft berücksichtigt werden.
In das hergestellte Gemisch kann man auch schadstoffbelastete Materialien
eingeben, so daß eine Immobilisierung der Schadstoffe, z. B. toxische Stoffe, in
den ausgehärteten Fertigungsprodukten erfolgt.
In das hergestellte Gemisch sind evtl. auch solche Zuschlagstoffe einzumischen,
z. B. Kunststoffregranulate, die unterschiedliche Materialeigenschaften ergeben,
so z. B. Schalldämm-, Wärmedämm- und/oder Hochfestigkeitseigenschaften.
In das Gemisch werden gegebenenfalls Zugabestoffe wie weitere Bindemittel
und/oder inerte Stoffe und/oder Zuschlagstoffe und/oder Zusatzmittel unter
Berücksichtigung von deren für die Gesamtgemischherstellung, -verarbeitung,
-anwendung und -erhärtung erforderlichen Mindestwasseranspruch zugegeben
und gemischt. Ein unerwünschtes Quellen kann hierbei durch die zugegebenen
nichtreaktiven oder schwindenden Zugabestoffe bis zur Volumenkonstanz der
erhärteten Mischung unterbunden werden.
Darüber hinaus lassen sich solche z. B. Bauteile oder Elemente auch ohne
weiteres im Fertigungsprozeß zu speziellen Verbundmaterialien und/oder
Verbundelementen vereinigen.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von dichten und von hochfesten betonähnlichen
Baumaterialien unter Verwendung von höheren Steinkohlenfilteraschen-
Anteilen und von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen,
gekennzeichnet dadurch, daß
5,1 bis 9,9 Anteile Steinkohlenfilterasche
0,1 bis 4,9 Anteile hydraulisch aktive Braunkohlenfilterasche
unter Berücksichtigung des jeweiligen Mindestwasseranspruchs zur Herstellung eingesetzt werden.
5,1 bis 9,9 Anteile Steinkohlenfilterasche
0,1 bis 4,9 Anteile hydraulisch aktive Braunkohlenfilterasche
unter Berücksichtigung des jeweiligen Mindestwasseranspruchs zur Herstellung eingesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in das Gemisch
auch Zugabestoffe wie weitere Bindemittel und/oder inerte, reaktive oder
teilweise reaktive Zusatzstoffe, z. B. fasrige Stoffe, und/oder Zuschlagstoffe
und/oder Zusatzmittel sowie die für die Gesamtgemischherstellung,
-verarbeitung, -anwendung und -erhärtung erforderlichen Mindestwasser
gehalte zugemischt werden können.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß in das
Gemisch schadstoffbelastete Materialien zugegeben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß mit dem
hergestellten Gemisch Sanierungsmaßnahmen bei Bauteilen mit hoher
Dichtigkeitsauflage wie an wasserführenden Rohren, Schächten, Wannen
usw. durchgeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die
Gemische zum Erreichen verschiedener spezifischer Materialeigenschaften
(wie Schall- und Wärmedämmung, hohe Festigkeit) in einem einzigen
Fertigungsprozeß hergestellt werden.
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|---|---|---|---|
| DE1995103134 DE19503134A1 (de) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | Verfahren zur Herstellung von wasserdichten betonähnlichen Baumaterialien unter Verwendung von höheren Steinkohlenfilteraschen-Anteilen und von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen |
| DE19534236A DE19534236A1 (de) | 1995-02-01 | 1995-09-15 | Verfahren zur Herstellung von wasserdichten Baumaterialien |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1995103134 Withdrawn DE19503134A1 (de) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | Verfahren zur Herstellung von wasserdichten betonähnlichen Baumaterialien unter Verwendung von höheren Steinkohlenfilteraschen-Anteilen und von hydraulisch aktiven Braunkohlenfilteraschen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19503134A1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998051634A1 (de) * | 1997-05-09 | 1998-11-19 | Georg Gebhard | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von speichermineralkomponenten für die immobilisierung von schadstoffen und zur herstellung von bauteilen, insbesondere von bauplatten sowie von gemischen |
| DE19915134C2 (de) * | 1999-03-26 | 2003-08-28 | Suc Saechsische Umweltschutz C | Verfahren zur Herstellung eines Deponiekörpers zur Ablagerung von mechanisch oder mechanisch-biologisch aufbereitetem Abfall |
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1995
- 1995-02-01 DE DE1995103134 patent/DE19503134A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998051634A1 (de) * | 1997-05-09 | 1998-11-19 | Georg Gebhard | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von speichermineralkomponenten für die immobilisierung von schadstoffen und zur herstellung von bauteilen, insbesondere von bauplatten sowie von gemischen |
| DE19915134C2 (de) * | 1999-03-26 | 2003-08-28 | Suc Saechsische Umweltschutz C | Verfahren zur Herstellung eines Deponiekörpers zur Ablagerung von mechanisch oder mechanisch-biologisch aufbereitetem Abfall |
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